智能四驱系统的仿真研究.pdf-资料库

http://www.paper.edu.cn 智能四驱系统的仿真研究刘清波，李季中国农业大学(100083) E-mail：Lqb2046@126.com 摘要：通过对四轮驱动的应用和要求的分析，智能四驱是将来的发展方向。在 ADAMS/View 里建立整车模型和智能四驱的动力控制系统，完成对智能四驱系统的仿真，并对仿真结果作了理论分析。此仿真方法及结果对汽车四驱设计有一定的参考意见。关键词：智能四驱，仿真，ADAMS 1.引言目前，四轮驱动主要应用在越野车，SUV 和一些轿车上。随着人们生活水平的提高，以及科学技术在汽车上的应用，四轮驱动汽车的消费量逐渐增加，对它的性能要求也逐渐变得更全面，更苛刻，主要表现在以下几个方面：动力方面：四轮驱动汽车的加速性能是汽车进行四轮驱动的一个主要目的。但发动机产生的扭矩怎样分配给前后轮，才能使汽车具有最佳的动力性，一直是四轮驱动汽车追求的目标。安全方面：四轮驱动除了满足动力性这一目的之外，还是主动性安全措施之一。如行驶于湿滑路面或雨天时，四轮驱动车使驾驶者能稳定地操控和能以高速行驶。一般车在弯曲道路或风中常速行驶稳定性不够，四轮传动车却能保持高稳定性。其中，扭矩分配问题极大地影响着汽车的转向性和制动性。所以，四轮驱动怎样分配扭矩，才能使汽车在以上情况下最安全，也是一直有待解决的难题。经济方面：现在全球都在闹油荒，而且环境污染也是人们一直关注的焦点。汽车，尤其是四轮汽车却是石油的一个主要消费者，而且也是大气污染，噪声污染的主要来源之一。所以生产厂家和消费者都在关注着怎样改进四轮驱动汽车的结构、应用电子技术，以提高四轮驱动汽车的燃油经济性。智能四驱系统能够根据汽车的运动状态把发动机的扭矩分配给驱动轮，使汽车的动力性，安全性和燃油经济性达到最佳。并且在良好路况或动力性要求不高的情况下，由四驱转换到二驱，使汽车的燃油经济性进一步提高。对智能四驱系统进行仿真研究，在透彻理解系统性能方面有如下的优点：周期短、投入少、避免了实车试验所承担的风险和危险。 2.整车模型 ]3[ 在 ADAMS/View 里创建汽车的整车模型，它包括：汽车底盘模型、双横臂式前独立悬架模型、转向机构模型、斜置臂式后悬架模型、轮胎模型和路面谱。 - 1 -

http://www.paper.edu.cn 下面是本文进行仿真的汽车模型的主要参数：整车质量轮距轴距主销内倾角主销后倾角前束角 2010 kg 1.65 m 2.60 m 10° 2.5° 0.2° 建立的路面和整车模型如图 1、图 2 所示。图 1 路面模型 3 建立四驱动力控制系统图 2 整车模型使用 ADAMS/view 中提供的 Control Toolkit（控制工具箱）进行四驱动力控制系统设计。此四驱动力控制要实现的目标为：（1）通常情况下，汽车以后轮驱动；（2）起步时，汽车以四轮驱动；（3）车速小于设定值时，汽车以四轮驱动，大于设定值时，汽车以二轮驱动；（4）爬陡坡时，汽车以四轮驱动； - 2 -

http://www.paper.edu.cn （5）无论在何种驱动模式下，驱动轮的滑转率都不能大于设定值。根据控制目的，画出控制方案设计图如图 3 所示。整车及路面模型前轮驱动力矩与总力矩之比控制模块换档油门开度控制模块汽车输出总扭矩车体侧角速度路面坡度前轮滑转率后轮滑转率前右轮滑转率前左轮滑转率车速后右轮滑转率后左轮滑转率前轮驱动力矩后轮驱动力矩图 3 四驱动力控制系统方案设计图其中，汽车传动系统输出到驱动轮上的力矩，可以用 AKISPL 函数表示。具体用法如下：格式：AKISPL(First Independent Variable, Second Independent variable，Spline Name, Derivative Order) 参数说明： First Independent Variable——Spline 中的第一个独立变量； Second Independent variable——Spline 中的第二个独立变量； Spline Name——数据单元 Spline 的名称； Derivative Order——插值点的微分阶数，一般用 0 就可以满足要求。在本文控制中，所用到的函数表达式是： AKISPL(V,α，torque_Spline,0)。其中，V 为车速，α为油门开度，torque_Spline 为汽车驱动力图中与车速对应的驱动力矩。这里汽车设两档，有两个 torque_Spline: torque_Spline1, torque_Spline2。 - 3 -

http://www.paper.edu.cn 4.仿真结果分析以上控制目标是在汽车启动后，直线加速到某一车速后等速行驶条件下实现的。也就是说，汽车等速行驶是此次控制的另一个目标。 4.1 等速行驶的控制图 4 车速随时间的变化关系如图 4 所示，汽车加速后，基本上以等速 6m/s(21.6 km/h)行驶，达到了控制目的。 4.2 前后驱动轮的滑转率的控制从图 5 可以看出，后轮滑转率基本上控制在 0—0.1 之内，而直接控制后轮滑转率的油门开度随时间的变化曲线可以显示此控制过程。从图 6 可以看出，前轮滑转率基本上控制在 0—0.06 之内，而直接控制前轮滑转率的前轮驱动力矩与总力矩之比（油门开度是间接控制）随时间的变化曲线可以显示出此控制过程。 - 4 -

http://www.paper.edu.cn 图 5 后轮滑转率与油门开度随时间的变化关系图 6 前轮滑转率、前轮驱动力矩与总力矩之比随时间的变化关系 4.3 二轮驱动与四轮驱动转换的控制从图 7 可以看出，汽车以四轮驱动的模式起步。在车速小于 3m/s(10.8km/h)时，汽车图 7 二轮驱动与四轮驱动转换控制的过程 - 5 -

http://www.paper.edu.cn 以四轮驱动的模式行驶。当大于此车速时，汽车以二轮驱动的模式行驶（前轮驱动力矩与总力矩之比为零）。当路面坡度大于某一值时(这里为 10 度)，汽车以四轮驱动的模式行驶，而小于此值时，汽车又恢复为二轮驱动的模式。 5．结论用 ADAMS/View 对整车进行建模，建立适当的路面模型，并应用该软件设计汽车智能四驱动力控制系统。从以上仿真结果的分析得出，汽车智能四驱系统的仿真达到了预期的控制目的。此仿真能够对整车进行逼真的运动分析，并可以对重要的汽车参数进行实时控制，在汽车四驱系统的实际设计过程中有一定的参考价值。参考文献 [1] 代汝泉，《汽车运行性能》，北京：国防工业出版社，2003 [2] 杨万福，《发动机原理与汽车性能》，北京：高等教育出版社，2004.7 [3] 李军等，《ADAMS 实例教程》，北京：北京理工大学出版社，2002.7 Study and simulation of intelligent FWD Liu Qingbo China Agriculture University (100083) Abstract On the base of analysis of the application and the demand of FWD, it’s proved that intelligent FWD will be use most in the future. The simulation of the intelligent FWD system is completed, when the model of the whole vehicle and the system of traction control are created in the ADAMS/View, and the analysis of the result of the simulation is carried out. The method and the result of the simulation will give some positive suggestions to the design of FWD. Keywords: intelligent FWD, simulation, ADAMS - 6 -

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